Устройство для нагрузки источника электрической энергии

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательным устройствам, связывающим две сети переменного тока или сети переменного и постоянного тока. Целью изобретения является уменьшение массы и стоимости устройства. Предложена конструкция трансформаторов (первый и второй) с совмещенной магнитной системой, содержащая магнитную систему, аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной машины со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех. Ротор 3 выполнен заторможенным, гладким без пазов. Электрическая энергия потребляется от источника переменного тока и через выводы первого трансформатора поступает на управляемый многофазный выпрямитель, который через инвертор, ведомый сетью, второй трансформатор передает электрическую энергию в другую сеть переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

(!9? (I!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s!)s Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4483700/24-07 (22) 15.06.88 (46) 15.12.90. Бюл. М 46 (72) Е.Н. Верещаго, В.Я. Кутковецкий, Г.В. Малахов, П.Ф. Митрясов и А.Г. Новиков (53) 621.314.5(088.8) (56) Давыдович Ф.С. Испытания судовых электрических систем. Л., Судостроение, 1975, с. 184 — 189.

Электрические системы./Под ред. В.А.

Веникова. M. Высшая школа, 1972, т. 3, с.28. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЗКИ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к электротехни-. ке, а именно к преобразовательным устройствам, связывающим две сети переменного тока или сети переменного и постоянного тока, Целью изобретения является уменьшение массы и стоимости устройства. Пред. ложена конструкция трансформаторов (первый и второй) с совмещенной магнитной системой, содержащая магнитную систему, аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной машины со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех. Ротор 3 выполнен заторможенным, гладким без пазов. Электрическая энергия потребляется от источника переменного тока и через выводы первого трансформатора поступает на управляемый многофазный выпрямитель, который через инвертор, ведомый сетью, второй трансформатор передает электрическую энергию в другую сеть переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1614071

Изобретение касается устройств преобразовательной техники, связывающих две сети переменного тока или сети переменного и постоянного тока, и может быть использовBHQ при испьпаниях первичных тепловых двигателей, приводящих во вращение генератор переменного и постолнного тока, а также при заводских или сдаточных испытаниях автономных генерирующих устройств (например, судовых).

Цель изобретения — уменьшение массы и стоимости устройства, На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкцил трансформаторов с совмещенной магнитной системой; на фиг. 2 — схема совмещенной обмотки одного трансформатора, выполняющей роль трехфазной первичной обмотки и многофазной вторичной обмотки; на фиг, 3 — схема внешних соединений предлагаемого устройства.

На фиг. 1 изображена конструкцил трансформаторов с совмешенной магнитной системой, содержащая ма".íèòíóþ систему (аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной машины) со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфазнь.е первичнйе и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отли= чаютсл друг от друга в четное число раз, число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, а ротор 3 выполнен затормо>кенным, гладким, без пазов, На фиг, 2 изображена совмещенная обмотка 4 одного трансформатора, общее число секций которой без остатка делится на три и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки 4 соединены в многоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфазные выводы 5-7 первичной обмотки, а через другое равное число секций — многофазные выводы 8 — 16 вторичной обмотки, Число фаэ вторичной обмотки является нечетным и находится в пределах от 5 до 49. Очевидно, что первичную и вторичную обмотки .грансформатора можно pûïîëíèTü и раздельно, без электрической связи между ними, HB фиг, 3 изобра>кена схВМВ внешних соединений предлагаемого устройства, содержащая трансформатор 17 с совмещенной магнитной системой (трансформатор 17 содержит трехфазные выводы 5-7 первичной обмотки и многофазные выводы 8 — 16

8TQp11 lHoA обмотки f1BpBolo трансформатора и аналогичные трехфазные выводы 18 — 20 первичной обмотки и многофаэные выводы

2"-29 вторичной обмотки второго транс5

l5

55 форматора), источник 30 электрической энергии переменного тока, из которого энергия может передаваться в сеть 31 переменного тока, управляемый многофазный мостовой выпрямитель 32 и многофазный мостовой ведомый сетью инвертор 33.

Трансформатор с совмещенной магнитной системой (фиг, 1 и фиг. 2) работает следующим образом.

Конструктивно совмещенная магйитная система трансформаторов выполнена в форме затормо>кенной асинхронной машины со статором 1, пазами 2 (в которых уложены первичные и вторичные обмотки первого и второго трансформаторов) и гладким без пазов неподвижным ротором 3, играющим роль магнитопровода.

Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора уложены в одних и тех же пазах, чтобы полезно использовать часть потоков рассеяния (для увеличения магнитной связи между обмотками), а также с целью исключения возникновения электромагнитного момента на роторе, Ротор выполнен гладким, без пазов для упрощения технологии его изготовления.

Обмотки трансформаторов выполнены аналогично первичной обмотке асинхронной машины, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз, а число фаз вторичных обмоток является нечетным числом, большим трех. Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора могут быть выполнены раздельно и совмещенными (по схеме автотрансформатора), Отличие в четное число раз чисел пар полюсов обмоток трансформаторов позволяет использовать одну и ту же магнитную систему, что уменьшает общий вес трансформаторов. Трансформаторы в этом случае магнитно не связаны, так как на длине полюсного деления трансформатора с-меньшим числом пар полюсов укладывается четное число полуволн магнитного поля другого трансформатора, соответственно для трансформатора с большим числом пар полюсов магнитное поле другого трансформатора под северным и южным полюсами имеет одинаковый знак, В результате магнитное поле одного трансформатора не вызывает появление ЗДС в обмотках другого трансформатора, Для дальнейшего уменьшения массы и стоимости устройства первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора объединены в одну совмещенную обмотку 4 одного трансформатора (фиг. 2). Совмещенная обмотка 4 содер>кит общее число секций, которое без остатка делится на три и на

1614071 число фаз вторичной обмотки, равное а2, Делается это для того, чтобы иметь возможность выполнить симметричными выводы первичной трехфазной и вторичной mz фаэной обмоток (mz > 3). На фиг. 2 показано, 5 что совмещенная обмотка 4 через первое равное число секций содержит трехфазные выводы 5 — 7 первичной обмотки,.a через другое равное число секций — многофазные выводы 8-16 вторичной обмотки трансфор.- 10 матора. Применение совмещенных обмоток позволяет получить экономию массы медного обмоточного провода примерно на

50 .

Для совмещенной обмотки 4 транс- 15 форматора невозможно изменять коэффициент трансформации между первичной и вторичной обмотками одного трансформатора. Однако при испытании наиболее распространенного источника энергии 20 (переменного тока) согласование напряжений возможно изменением угла отпирания ведомого сетью инвертора.

Устройство для нагрузки источника электрической энергии (фиг. 3) работает сле- 25 дующим образом.

Электрическая энергия поребляется от источника 30 электрической энергии переменного тока и через выводы 8 — 16 первого трансформатора поступает на управляемый 30 многофазный мостовой выпрямитель 32, который через ведомый сетью инвертор 33, второй трансформатор с многофазными выводами 21 — 29 и трехфазными выводами 18—

20 передает электрическую энергию в сеть 35

31 переменного тока.

Регулирование коэффициента созф1 мощности потребляемого от источника 30 энергии переменного тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров уп- 40 равляемого выпрямителя 32, так как коэффициент мощности выпрямителя- при пренебрежении углом коммутации вентилей равен

cos р1 = cos а . 45

Регулирование величины передаваемого тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров ведомого сетью

- инвертора 33. Схемы управления тиристо- 50 рами управляемого выпрямителя и ведомого сетью инвертора являются типовыми.

В случае, когда источником электрической энергии является генератор постоянного тока, то первый трансформатор и 55 управляемый выпрямитель 32 не используют. В этом случае генератор питает посто-, янным током ведомый сетью инвертор 33, который через второй трансформатор передает электрическую энергию в сеть 31 переменного тока.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что первый и второй трансформаторы выполнены с совмещенной магнитной системой (фиг. 1).

Число mz фаз вторичных обмоток трансформаторов принято нечетным числом для увеличения числа mg пульсаций напряжения цепи постоянного тока за период. При нечетном пц величина тд = 2пц, а при четном mz значение ma =- тг.

Частота гармоник выпрямленного тока равна (4(к) = гпсФ1Ко, где f> — частота питающей сети;

К вЂ” 1,2,3,... — порядок гармоники выпрямленного тока.

Частота гармоник потребляемого из сети тока равна

ft(K) =-(Kmd 1)f, где К вЂ” 1,2,3,... — порядок гармоник потребляемо o иэ сети переменного тока.

Например, при числе фаз вторичной обмотки трансформатора и мостового выпрямителя (или инвертора), равном m2 - 5, частота пульсаций цепи выпрямленного тока при f> = 50 Гц равна

1о(к) = Кд 500 Гц, а частота гармоник потребляемого из сети тока равна

fq(<) =(К 500+50) Гц.

Если принять пц = 49, то соответственно

f(s(y)= Kd 4900 Гц; fq(y) =(К 4900+

«+ 50) Гц.

Следовательно, диапазон изменения пц от 5 до 49 обеспечивает практически целесообразный спектр подавления высших гармоник со стороны постоянного и переменного токов.

Таким образом, с увеличением числа фаз вторичных обмоток (и соответственно чисел фаз мостового выпрямителя и мостового ведомого сетью инвертора) увеличивается порядок гармоник на сторонах постоянного и переменного токов выпрямителя и ведомого сетью инвертора, что уменьшает габариты, массу и стоимость соответствующих фильтров.

Преимуществом предлагаемого устройства (по сравнению с известным, который одновременно является и базовым объектом) является уменьшение его массы и стоийости (за счет обьединения магнитных систем трансформаторов, уменьшения массы и стоимости фильтров и повышения порядка генерируемых гармоник напряжения и тока).

1614071

Формула изобретения

1. Устройство для нагрузки источника электрической энергии, содержащее первый трансформатор с первичной трехфаз- 5 ной обмоткой, подключенной к входным выводам переменного тока.и вторичной обмоткой, подключенной к диагоналям переменного тока мостового выпрямителя, который своими выводами постоянного то- 10 ка подключен к выводам постоянного тока мостового инвертора, второй трансформатор с первичной трехфазной обмоткой, подключенной к выходным выводам переменного тока,и вторичной обмоткой, под- 15 ключенной к диагоналям переменного тока мостового инвертора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и стоимости устройства, магнитная система обоих трансформаторов является совмещенной 20 и выполнена в форме заторможенной асинхронной машины с гладким беэ пазов неподвижным ротором, в пазах статора которой уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки обоих трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих. трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора выполнены совмещенными, для чегЬ общее число секций совмещенной обмотки без остатка делится на три и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки соединены в многоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфазные выводы первичной обмотки и через другое равное число секций многофазные выводы вторичной обмотки трайсформатора.

2.Устройство по п.1, отл и чаю щеес я тем, что число фаз вторичной обмотки находится в пределах от 5 до 49.

1614071

Составитель М. Поляков

Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Редактор А. Ревин

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3896 Тираж 420 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗВ, Раушская наб., Ч5